В 1773 году, Карл Эммануил стал наследным принцем Сардинского королевства и получил титул князя Пьемонта. Он взошел на трон в 1796 году после смерти своего отца, в правление которого королевство потеряло большую часть территории.
Он женился в Шамбери 6 сентября 1775 года на Клотильде Французской (1759—1802), дочери Людовика Фердинанда, дофина Франции. Детей у них не было.
После смерти жены, в 1802 году, он отрекся от престола в пользу своего брата Виктора Эммануила I и посвятил себя религии.
После смерти жившего в Италии кардинала Генриха Бенедикта Стюарта в 1807 году бывший король Карл Эммануил стал династически старшим среди потомков дома Стюартов, последним представителем которого по мужской линии был кардинал (правители Савойской династии происходили от дочери Карла I Генриетты). По завещанию лично с ним знакомого кардинала Стюарта Карл Эммануил стал наследником якобитских притязаний на престолы Англии и Шотландии. Однако ни он, ни кто-либо из его наследников (линию которых маргинальные группировки якобитов продолжают до настоящего времени поддерживать) никогда претензий на британский престол не предъявляли.
